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铁电陶瓷脉冲耐压失效分布及耐压可靠性

物理学报 2024年第10期73卷 315-320页

作者：张福平李玺钦杜金梅刘雨生叶福庆中国工程物理研究院流体物理研究所产品工程设计与制造中心绵阳621900

铁电陶瓷在高电场下的击穿问题是困扰铁电陶瓷应用的关键问题之一.本文统计了铁电陶瓷在正向脉冲电场(4.5 kV/mm)失效概率与脉冲次数的分布关系,对通过第10次脉冲耐压样品第11次的失效概率进行了分析,开展了铁电陶瓷经历万次以上的脉冲... 详细信息

铁电陶瓷在高电场下的击穿问题是困扰铁电陶瓷应用的关键问题之一.本文统计了铁电陶瓷在正向脉冲电场(4.5 kV/mm)失效概率与脉冲次数的分布关系,对通过第10次脉冲耐压样品第11次的失效概率进行了分析,开展了铁电陶瓷经历万次以上的脉冲耐压后压电常数与电滞回线测试研究.结果表明:铁电陶瓷的击穿概率与脉冲加电压次数曲线呈现典型的浴盆曲线分布,经历10次脉冲高压测试合格的样品,其脉冲耐压失效概率相比于未经历脉冲高压陶瓷样品,降低了4个数量级以上,且上述脉冲高压加载接近无损.考虑到裂纹扩展速度,多个缺陷导致的裂纹同时扩展并连通是铁电陶瓷在脉冲高电压下断裂的主要原因.

关键词：铁电陶瓷脉冲电场失效概率

基于X射线荧光光谱的温稠密物质离化分布实验方法研究

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物理学报 2024年第1期73卷 241-247页

作者：张志宇赵阳青波张继彦林成亮杨国洪韦敏习熊刚吕敏黄成武朱托宋天明赵妍张玉雪张璐李丽灵杜华冰车兴森黎宇坤詹夏宇杨家敏中国工程物理研究院激光聚变研究中心绵阳621900 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

受温度及密度等环境效应影响,温稠密物质的电子结构发生显著变化,其理论描述非常复杂,精密实验测量亦极其困难.本文发展了基于X射线荧光光谱研究温稠密物质离化分布的实验方法,结合理论研究有助于深入理解温稠密物质的电子结构变化.在... 详细信息

受温度及密度等环境效应影响,温稠密物质的电子结构发生显著变化,其理论描述非常复杂,精密实验测量亦极其困难.本文发展了基于X射线荧光光谱研究温稠密物质离化分布的实验方法,结合理论研究有助于深入理解温稠密物质的电子结构变化.在万焦耳激光装置上,设计特殊构型黑腔复合加载产生数十eV、近固体密度的稠密Ti物质,利用激光辐照V产生的热发射线泵浦Ti的荧光,并采用晶体谱仪诊断样品的X射线荧光光谱.实验中获得冷样品和加载样品的荧光光谱,观测到加载样品K_(α)及K_(β)荧光谱线相对于冷样品光谱在高能侧的显著变化,结合理论计算解释了加载样品荧光谱线的变化主要来源于其温度上升后离化分布的改变,建立了基于X射线荧光光谱的温稠密物质离化分布实验研究能力.

关键词：温稠密物质电子结构离化分布 X射线荧光光谱

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强度调制宽带激光对受激拉曼散射动理学爆发的抑制

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物理学报 2024年第5期73卷 228-236页

作者：刘庆康张旭蔡洪波张恩浩高妍琦朱少平北京应用物理与计算数学研究所北京100094 中国工程物理研究院研究生院北京100088 北京计算科学研究中心北京100088 上海激光等离子体研究所上海201899

激光等离子体不稳定性是困扰惯性约束聚变的难题之一.宽带激光作为抑制激光等离子体不稳定性的有效手段,近年来受到广泛关注.然而,宽带激光在动理学区域驱动的受激拉曼散射等高频不稳定性存在非线性爆发,使抑制效果不及预期.本文提出一... 详细信息

激光等离子体不稳定性是困扰惯性约束聚变的难题之一.宽带激光作为抑制激光等离子体不稳定性的有效手段,近年来受到广泛关注.然而,宽带激光在动理学区域驱动的受激拉曼散射等高频不稳定性存在非线性爆发,使抑制效果不及预期.本文提出一种外加强度调制的宽带激光模型.通过选择适当的强度调制包络,能够打断背散光在强脉冲中的放大过程,降低高强度脉冲诱发剧烈爆发的概率,并大幅减少背散光份额和热电子产额.数值模拟表明,强度调制激光对受激拉曼散射具有较好的抑制能力.对于平均功率为1.0×10^(15)W/cm^(2),带宽为0.6%的二倍频宽带激光,使用强度调制技术后,反射率下降了1个数量级,20 keV以上热电子能量份额也由7.34%下降至0.31%.上述研究证实了使用强度调制宽带激光抑制高频不稳定性的可行性,并有望为后续宽带激光驱动聚变实验设计提供参考.

关键词：惯性约束聚变动理学效应宽带激光受激拉曼散射

孔洞增长层裂模型的改进及其在模拟不同加载波形层裂实验结果方面的应用

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爆炸与冲击 2024年第5期44卷 48-53页

作者：张凤国王裴王言金胡建波北京应用物理与计算数学研究所北京100094 中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理全国重点实验室四川绵阳621999

冲击波在靶板自由面反射导致靶板材料内部产生动态拉伸层裂损伤是材料的典型损伤破坏形式之一,材料的初始微结构、冲击加载的强度和应变率、温度等因素直接影响材料内部的损伤演化过程。靶板自由面速度曲线变化间接反映材料内部损伤的... 详细信息

冲击波在靶板自由面反射导致靶板材料内部产生动态拉伸层裂损伤是材料的典型损伤破坏形式之一,材料的初始微结构、冲击加载的强度和应变率、温度等因素直接影响材料内部的损伤演化过程。靶板自由面速度曲线变化间接反映材料内部损伤的演化过程,在层裂损伤物理模型研究方面,目前采用适宜的层裂损伤模型较好地模拟不同冲击加载波形下靶板自由面速度曲线的相关文献很少,主要借助实验手段探讨加载波形与自由面速度曲线变化以及层裂损伤演化过程之间的关联。对于孔洞增长层裂损伤模型,通过解析加载应变率与层裂强度以及损伤模型初始损伤参数之间的相互关系,给出了模型初始损伤参数的计算方法,有效地将损伤模型初始损伤参数与加载应变率关联在一起。该计算方法不仅可以较好地模拟方波、三角波以及泰勒波冲击加载铝材料层裂实验的自由面速度曲线,同时,计算得到的层裂强度和层裂片厚度也与实验结果符合。此外,还进一步分析了靶板内部不同位置的初始损伤、层裂强度的分布与应变率之间的关联,以及其对自由面速度曲线的影响。

关键词：冲击加载波形层裂损伤自由面速度数值分析

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同步辐射光源实验中虚拟计算系统的设计和应用

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数据与计算发展前沿 2024年第3期6卷 73-82页

作者：徐吉平胡庆宝李亚康齐法制郑伟崔涛闫晓飞曾珊中国科学院高能物理研究所计算中心北京100049 中国科学院高能物理研究所东莞研究部广东东莞523803

【目的】高能同步辐射光源(HEPS)会产生海量实验数据,需要大量的高性能计算资源来处理和分析,进而支持多样化的科学研究。同时,计算环境需要提供安全的数据存储和访问控制机制,以确保数据的安全性和隐私保护。当前工作站的计算能力成为... 详细信息

【目的】高能同步辐射光源(HEPS)会产生海量实验数据,需要大量的高性能计算资源来处理和分析,进而支持多样化的科学研究。同时,计算环境需要提供安全的数据存储和访问控制机制,以确保数据的安全性和隐私保护。当前工作站的计算能力成为限制实验分析的瓶颈,庞大的数据量使用户难以创建本地数据副本。用户使用本地工作站进行数据下载和分析的传统方式已无法满足日益增长的实验需求,需要强大的云计算平台和计算系统支持。【方法】本文提出了基于虚拟化技术的HEPS云桌面计算系统,用于HEPS中的三维数据成像和晶体散射类等实验,其特点是对图像显示效果要求高,需要高性能的GPU计算和图像渲染。因此,利用计算集群的资源来提供虚拟云桌面服务,统一纳管计算资源并提高资源利用率非常重要。【应用背景】本文介绍了HEPS的基本情况、实验特点和虚拟云桌面系统的研究动机。【结果】本文设计了虚拟云桌面的体系结构、服务模式、认证系统、GPU的使用方法等。【结论】展示了虚拟云桌面系统在光源实验中的实际应用效果,体现了虚拟云桌面的优越性和在同步辐射光源领域的良好应用前景。

关键词：虚拟化云桌面 OpenStack 同步辐射光源 HEPS

PBX炸药缝隙挤压加载下的破裂模式及点火响应

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兵工学报 2024年第9期45卷 3135-3146页

作者：胡秋实尚海林吴兆奎廖深飞傅华中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621900

武器装药服役过程中内部容易产生缝隙等结构弱环。针对圆形缝隙开展PBX-3炸药及其模拟材料缝隙挤压加载实验。通过结构设计,使样品内部的宏观裂纹在实验结束后的拆卸过程中不发生破坏,保留裂纹原始形貌以便于观测分析。采用45°镜反射... 详细信息

武器装药服役过程中内部容易产生缝隙等结构弱环。针对圆形缝隙开展PBX-3炸药及其模拟材料缝隙挤压加载实验。通过结构设计,使样品内部的宏观裂纹在实验结束后的拆卸过程中不发生破坏,保留裂纹原始形貌以便于观测分析。采用45°镜反射成像结合高速摄影,记录样品缝隙挤压的动态全过程。采用欧拉-拉格朗日耦合方法对炸药缝隙挤压过程进行仿真计算,用未点火情况下的实验数据进行模型参数校核,使用校核后的模型对点火情况进行再计算。基于做功和加热增加物体内能的等效性,对主导点火机制和点火时间进行分析。研究结果表明:缝隙挤压加载下样品内部形成滑移区和死区,两区分界面为锥面;对于φ0.8 mm直径的缝隙,强围压下挤压速度仅4.2 m/s即可导致点火,点火后的燃烧反应烈度随缝隙尺寸的减小而增加;数值模拟得到的挤压应力、速度及破裂模式与实验结果符合较好,滑移区与死区之间的挤压摩擦功率高达数千W/cm^(2),点火时间为百μs量级,引发点火的重要机制是滑移区-死区界面的挤压摩擦温升。

关键词： PBX炸药缝隙挤压破裂模式点火欧拉-拉格朗日耦合

利用小角中子核磁散射分离研究AerMet100钢中纳米析出相的形貌和成分

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金属学报 2024年第8期60卷 1109-1118页

作者：柯于斌李彬段辉平散裂中子源科学中心东莞523803 中国科学院高能物理研究所北京100049 北京航空航天大学材料科学与工程学院北京100191

AerMet100超高强度钢以其优异的力学性能广泛应用于飞机起落架。其超高强度主要源于合金回火过程中产生的大量M_(2)C型针状析出相的二次硬化作用。由于AerMet100高强钢中的纳米析出相与马氏体基体共格且尺寸细小,无法进行萃取,很难采用... 详细信息

AerMet100超高强度钢以其优异的力学性能广泛应用于飞机起落架。其超高强度主要源于合金回火过程中产生的大量M_(2)C型针状析出相的二次硬化作用。由于AerMet100高强钢中的纳米析出相与马氏体基体共格且尺寸细小,无法进行萃取,很难采用传统成像手段对其尺寸和成分进行准确表征。本工作结合TEM和XRD的观测结果,采用小角中子散射(SANS)技术分别对454、482、486和498℃回火5 h的AerMet100合金钢中M_(2)C型针状析出相的尺寸、分布和含量进行了定量表征。通过在SANS实验时施加1.1 T横向磁场并对数据沿平行和垂直磁场方向按角度规约,实现了对数据的核、磁散射分离。对核散射曲线的模型拟合结果显示,合金中针状析出相平均长度为6~16 nm,平均直径为1~2 nm,针状碳化物相的体积分数随退火温度升高由0.54%逐渐提高至5.19%。磁散射数据得到的碳化物结构参数均大于核散射结果,说明在碳化物与马氏体基体相界面存在自旋错排的纳米磁畴区。此外,通过对碳化物和基体相中子核磁散射长度密度的对比计算,推断出针状碳化物的可能的化学组成和密度分别为:(Cr_(0.4)Mo_(1.6))C和8.55 g/cm^(3)。

关键词： AerMet100钢纳米析出相小角中子散射核磁散射分离纳米相化学成分

高马赫数激波作用下单模界面的Richtmyer-Meshkov不稳定性数值模拟

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爆炸与冲击 2024年第7期44卷 36-56页

作者：高士清邹立勇唐久棚李季林健宇中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621999 中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理全国重点实验室四川绵阳621999 中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所四川绵阳621000

为了研究高马赫数激波冲击下的单模界面Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性,特别是高马赫数激波带来的热化学非平衡效应的影响,采用基于有限体积方法的二维高温非平衡流动程序,利用自适应非结构网格模拟了空气中高马赫数激波冲击两侧温度不... 详细信息

为了研究高马赫数激波冲击下的单模界面Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性,特别是高马赫数激波带来的热化学非平衡效应的影响,采用基于有限体积方法的二维高温非平衡流动程序,利用自适应非结构网格模拟了空气中高马赫数激波冲击两侧温度不同的单模界面导致的RM不稳定现象。研究中涵盖了轻/重界面和重/轻界面2种情况,涉及的激波马赫数范围分别为6~9和8~11。对比了冻结流、热非平衡流和热化学非平衡流3种气体模式下的流场演化过程,揭示了扰动增长和增长率的变化规律。通过对比扰动增长的线性理论和非线性理论,分析了初始激波马赫数和初始扰动尺度的变化对RM不稳定性的影响,同时讨论了涡量场分布和环量的演化规律。结果表明,与冻结流相比,热化学非平衡流中透射激波、反射波及界面速度明显不同,扰动振幅增长率峰值降低,界面增长率脉动减弱,界面不稳定性增长速度变慢。通过对比多种理论模型和本文的数值模拟结果,发现Zhang-Sohn模型相对于其他模型更适用于高马赫数激波作用下的单模界面RM不稳定性问题。对涡量场的研究发现,有2个较强的涡量生成区域,一个位于界面上,另一个位于透射激波波后,这同低马赫数下涡量主要在界面上生成的结论显著不同。此外,热化学非平衡流中环量的幅值大小低于冻结流中的结果,这与热化学非平衡流中扰动的增长低于冻结流的结论对应。

关键词： Richtmyer-Meshkov不稳定性高马赫数激波高温非平衡效应 Zhang-Sohn模型

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粒子加速器中激光跟踪仪控制网测量精度研究

武汉大学学报（信息科学版） 2024年第1期49卷 156-166页

作者：王铜周维虎董岚梁静马娜何振强柯志勇罗涛门玲鸰王小龙李波卢尚闫路平韩圆颖中国科学院微电子研究所北京100029 中国科学院高能物理研究所北京100049 散裂中子源科学中心广东东莞523803 中国科学院大学北京100049

粒子加速器的高精度准直要求对测量技术提出很大挑战,由于激光跟踪仪具有大尺寸、高精度及三维空间测量的优势,因此需要开展激光跟踪仪对粒子加速器的测量精度研究。首先,针对激光跟踪仪的标称测量精度,介绍了激光跟踪仪标称测量精度的... 详细信息

粒子加速器的高精度准直要求对测量技术提出很大挑战,由于激光跟踪仪具有大尺寸、高精度及三维空间测量的优势,因此需要开展激光跟踪仪对粒子加速器的测量精度研究。首先,针对激光跟踪仪的标称测量精度,介绍了激光跟踪仪标称测量精度的表达方法、测试方法,对标称精度指标的计算方法进行推导,并对其具体含义进行解释,为激光跟踪仪的测量应用及数据处理提供了理论基础。然后,以直线控制网为代表开展激光跟踪仪对粒子加速器控制网的测量方法和测量精度分析,在中国散裂中子源大科学装置直线加速器进行了实际测量,采用激光跟踪仪分两组在同一时间内进行观测,通过对控制网单组的平差精度以及两组的坐标对比分析,全面准确地评价其测量精度,发现200 m长直线控制网点位横向最弱精度优于0.2 mm。同时,以导线网为简化模型对直线控制网的精度进行理论估算,发现直线控制网中部点位横向精度与控制网长度的三次方开根号成正比,从而可快速推算出其他规模的直线控制网的的测量精度,为陆续建设的粒子加速器的准直精度分析以及准直方案决策提供指导。

关键词：粒子加速器准直激光跟踪仪标称精度控制网精度分析精度估计